[發(fā)明專利]采用共享浮置擴散區(qū)的圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080034267.2
• 申請日: 2010-06-01
• 公開（公告）號: CN102473715A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: J·D·希伯勒;D·N·梅納德;K·N·奧格;R·J·拉斯爾
• 申請（專利權(quán)）人: 國際商業(yè)機器公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所 11247
• 代理人: 于靜;張亞非

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，且更特定而言，涉及包括采用共享浮置擴散區(qū)的圖像傳感器像素的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、操作該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，及一種用于該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的設(shè)計結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

圖像傳感器將視覺圖像轉(zhuǎn)換成可表示為圖像的數(shù)字數(shù)據(jù)。圖像傳感器包括像素陣列，該像素為用于將視覺圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)的單元器件。數(shù)字相機和光學(xué)成像器件使用圖像傳感器。圖像傳感器包括電荷耦合器件(CCD)傳感器或互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)傳感器。

盡管CMOS圖像傳感器與CCD相比較開發(fā)得較晚，但CMOS圖像傳感器與CCD相比較提供較低功率消耗、較小尺寸及較快數(shù)據(jù)處理的優(yōu)點，以及提供不能在CCD中得到的直接數(shù)字輸出。此外，由于可使用許多標準半導(dǎo)體制造工藝來制造CMOS圖像傳感器，故CMOS圖像傳感器與CCD相比較具有較低制造成本。出于這些原因，CMOS圖像傳感器的商業(yè)使用近年來已持續(xù)穩(wěn)定地增加。

圖像傳感器的像素的關(guān)鍵性能量度為自光電二極管至襯底中的電接地或至鄰近半導(dǎo)體器件的漏電流的水平。此漏電流被認為與光電二極管的周邊的長度(即，光電二極管與淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)之間的界面的長度)成比例。

圖像傳感器的像素的另一關(guān)鍵性能量度為在襯底的表面上的半導(dǎo)體器件的密度。特定而言，出于在半導(dǎo)體處理期間維持均勻圖形因子(patternfactor)的目的而采用占據(jù)一面積的虛設(shè)器件的設(shè)計不能充分地利用半導(dǎo)體襯底的所有可用面積。

圖像傳感器的像素的又一關(guān)鍵性能量度為金屬布線的密度，且特別地，最接近于光電二極管的第一級金屬布線的密度，該第一級金屬布線阻擋入射至光電二極管上的光。一般而言，金屬布線所占據(jù)的面積愈小，則光自在半導(dǎo)體襯底上方的介電層的頂表面至光電二極管的透射越多，且因此，光電二極管的效率越大。

發(fā)明內(nèi)容

在本發(fā)明的實施例中，一種用于圖像傳感器的像素結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體材料部分，該半導(dǎo)體材料部分具有共平面且連續(xù)的半導(dǎo)體表面且包括四個光電二極管、四個溝道區(qū)域及共同浮置擴散區(qū)域。該四個溝道區(qū)域中的每一者直接接合至該四個光電二極管中的一者及該共同浮置擴散區(qū)域。該四個光電二極管位于采用穿過該共同浮置擴散區(qū)域內(nèi)的點的一垂直線作為中心軸線而限定的四個不同象限內(nèi)。該共同浮置擴散區(qū)域、重設(shè)門晶體管、源極跟隨器晶體管及行選擇晶體管位于采用穿過該電二極管中的一者內(nèi)的點的垂直線作為軸線而限定的四個不同象限內(nèi)。第一連續(xù)金屬布線結(jié)構(gòu)上覆于該共同浮置擴散區(qū)域的一部分、該重設(shè)門晶體管的一源極區(qū)域及該源極跟隨器晶體管的柵極電極。第二連續(xù)金屬布線結(jié)構(gòu)上覆于該源極跟隨器晶體管的源極區(qū)域及該行選擇晶體管的漏極區(qū)域。與先前技術(shù)的像素結(jié)構(gòu)相比較，該像素結(jié)構(gòu)提供該四個光電二極管與該淺溝槽隔離區(qū)域之間的減小的邊界長度、像素面積針對半導(dǎo)體器件的高效使用及減小的金屬布線面積。

根據(jù)本發(fā)明的方面，提供一種圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)，其包括半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底包括淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)及半導(dǎo)體材料部分，其中該淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)橫向包圍該半導(dǎo)體材料部分，該半導(dǎo)體材料部分具有連續(xù)半導(dǎo)體表面且包括四個光電二極管、四個溝道區(qū)域及共同浮置擴散區(qū)域，該連續(xù)半導(dǎo)體表面在整個該半導(dǎo)體材料部分之上延伸，該四個溝道區(qū)域中的每一者直接接合至該四個光電二極管中的一者及該共同浮置擴散區(qū)域，該四個光電二極管位于采用穿過該共同浮置擴散區(qū)域內(nèi)的第一點的第一垂直線作為中心軸線而限定的四個不同象限內(nèi)，且該第一垂直線垂直于該連續(xù)半導(dǎo)體表面。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種操作體現(xiàn)于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)體電路的方法。該方法包括：提供包括上文所描述的圖像傳感器像素的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；在該四個光電二極管當(dāng)中的第一光電二極管中產(chǎn)生電荷；及將電荷自該第一光電二極管轉(zhuǎn)移至該共同浮置擴散區(qū)域，而該四個光電二極管當(dāng)中的第二光電二極管、第三光電二極管及第四光電二極管與該共同浮置擴散區(qū)域電隔離。

根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種體現(xiàn)設(shè)計結(jié)構(gòu)的機器可讀儲存介質(zhì)。該設(shè)計結(jié)構(gòu)包括表示淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的第一數(shù)據(jù)及表示半導(dǎo)體材料部分的第二數(shù)據(jù)，其中該第二數(shù)據(jù)包括表示四個光電二極管的第三數(shù)據(jù)、表示四個溝道區(qū)域的第四數(shù)據(jù)及表示共同浮置擴散區(qū)域的第五數(shù)據(jù)，其中該半導(dǎo)體材料部分被該淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)橫向包圍且具有在整個該半導(dǎo)體材料部分之上延伸的連續(xù)半導(dǎo)體表面，該四個溝道區(qū)域中的每一者直接接合至該四個光電二極管中的一者和該共同浮置擴散區(qū)域，該四個光電二極管位于穿過該共同浮置擴散區(qū)域內(nèi)的第一點的第一垂直線作為中心軸線而限定的四個不同象限內(nèi)，且該第一垂直線垂直于該連續(xù)半導(dǎo)體表面。

附圖說明